Difference between revisions of "全局光照"

Latest revision as of 09:11, 6 May 2012

目前direct lighting在游戏中日趋成熟，比较前卫的游戏引擎已经不满足于direct lighting的效果了，逐渐开始尝试indirect lighting。早期的方法有通过离线渲染light map来实现静态场景、静态光源的GI。接着出现了PRT，可以处理静态场景、动态光源。CE3用了Light Propagation Volumes的方法，不需要预计算，可以产生动态场景、动态光源的diffuse GI。不过其速度和质量确实不敢恭维。难道就不能有全动态场景、全动态光源、diffuse和specular通吃的实时GI方法吗？有！Multiresolution splatting for indirect illumination（MRSII）前来救驾。

在KlayGE 3.12中，团队成员atyuwen就已经实现了MRSII。经过半年多的改进，这种GI方法已经融入了新的Deferred Rendering框架中，并且性能也得到了很大的提升。下面就让我们来看看这种神奇的GI。

MRSII的渲染流程如下（感谢vanish整理了此流程图）：

GI pipeline

首先，G-Buffer需要做mipmap，接着在每一层检测深度和法线的间断点，把那些间断点在stencil buffer中标记出来，得到了这样的stencil buffer：

Stencil Mip 0

Stencil Mip 1

Stencil Mip 2

和之前的stencil规则一样，最高位是1表示忽略。所以灰色的pixel是可以忽略掉的，黑色的是需要计算光照的。可以看出黑色所占的面积并不大，绝大部分pixel都被略过了。

另外，还需要生成一个Reflective shadow map。和shadow map类似，RSM也是从光源视角渲染一遍场景。除了深度以外，RSM还需要保存normal和flux信息。把RSM采样出一些点，比如256个，作为虚拟点光源（VPL）。目前KlayGE里面用的是均匀采样的方式，以后将改成importance sampling的方式提高VPL分布效率。

最后，每个VPL都可以根据BRDF生成一个light volume。用这些light volume去照亮G-Buffer的每一层。初始的light volume是个半球，在它的vertex阶段会根据各方向反射的亮度拉出某些顶点，生成一个奇怪形状的light volume。这个阶段因为涉及到大量的填充和计算，非常耗时，但因为stencil test是打开的，绝大部分pixel都会被挡掉，真正参与计算的pixel数远远少于G-Buffer的总pixel数，GI因此得到明显的加速。经过测试，在目前的场景下，如果只用一层G-Buffer（也就是不用multiresolution），速度只有用三层的一半。如果大于三层，速度已经没有提高了。所以默认就选了三层G-Buffer。

在生成每一层的indirect lighting结果之后，还需要做一个特殊的插值upsampling，才能得到光滑的结果。这个插值在MRSII的原paper中有描述，这里就不累赘了。

Indirect lighting: smooth sampling

如果只是用一般的最近点插值或者双线插值，结果会有很多悲催的锯齿：

Indirect lighting: point sampling

最后，把indirect lighting加到direct lighting中，继续做下一步的shading pass。最终结果如下：

Final GI

比较只有direct lighting的结果，可以看到右边和地面被照亮了：

Final no GI

用了MRSII后，对于512×512的RSM、256个VPL、三层G-Buffer的情况下，GI在GTX480上只需要1.09ms、在9800GT上需要4.3ms。目前还有不少性能空间可以挖掘，我预计在同质量的情况下，最终能达到在GTX480上0.5ms、9800GT上2.5ms的速度。

这套GI的框架不但可以做这样的反射型indirect lighting，也可以做caustics这样的高频反光，也可以处理sub-surface scattering等材质效果。在KlayGE以后的版本中，MRSII将会得到持续的发展。